Дикие гены - Хельга Хофман-Зибер

Большинство ученых в то время не задумывались о родстве между бактериями, так как поиски чего-то осмысленного в данном контексте представлялись совершенно безнадежным делом. Ведь внешние признаки, по которым подразделялись бактерии, давали для этого мало оснований. Бактерии могли быть круглыми, продолговатыми или спиралевидными. При некоторой доле везения мы могли получить кое-какие данные об их образе жизни, и на этом наука заканчивалась. Но Вёзе этим не удовлетворился. Ему хотелось создать систему.

Итак, он уселся в своем кабинете, положил ноги в потрепанных туфлях на стол и задумался. Проблема была в том, что все биологи, занимавшиеся вопросами эволюции, интересовались главным образом животными и растениями, но отнюдь не теми, которых можно было рассмотреть только под микроскопом. А микробиологам, которые занимались микроорганизмами, вопросы эволюции были неинтересны, поскольку отслеживать эволюцию микробов – настоящий кошмар, состоящий из предположений и теорий, которые очень редко согласуются между собой. Поэтому очень многие ученые придерживались мнения, что можно прекрасно прожить и без генеалогического древа бактерий. Однако Вёзе был убежден, что для подлинного понимания мира микробов необходимо знать историю их развития. А для этого надо было найти следы эволюции там, где она происходит, то есть в генах.

И Вёзе решил создать в одиночку генеалогическое древо бактерий. Задача представляется монументальной, но как ее решить? Давайте проведем небольшой мысленный эксперимент.

Для этого нам понадобятся свисток, секундомер, бабушкин рецепт ванильного кекса, пачка клейких листочков для записей и 20 автобусов с туристами, не слишком хорошо владеющими немецким языком, каждому из которых выдается шариковая авторучка.

Попросим участников выйти из автобусов и построиться в виде правильного треугольника. Прямо перед вами стоит первый турист. Сзади становятся еще двое, а за каждым из них – еще по двое, то есть уже четверо, и так далее. Когда все построятся, достаньте бабушкин рецепт и дайте первому туристу, который должен дословно переписать его на свой листок и приклеить себе на лоб. Два туриста из второго ряда тоже переписывают рецепт, но уже не с оригинала, а со лба первого. Через две минуты вы свистите снова, давая старт следующему кругу. Через 22 минуты очередь доходит до последнего ряда (как видите, эксперимент требует не так уж много времени и его можно провести в обеденный перерыв). В конце вы собираете все записи по рядам вплоть до последнего, благодарите участников за помощь, возвращаетесь к себе в кабинет и начинаете в спокойной обстановке анализировать результаты.

В переписанных рецептах наверняка будет куча ошибок (но вы ведь, честно говоря, именно на это и рассчитывали).

На одних вместо «маргарин» написано «мандарин». Сравнивая листки между собой, на основании этой ошибки можно сделать вывод о том, кто у кого списывал. Ведь все рецепты со словом «мандарин» имеют одного общего «предка». Даже если у вас нет возможности пообщаться с ним лично (потому что он тем временем уже изучает особенности немецкой истории и культуры в какой-нибудь пивной), вы можете уверенно сказать, что он здесь был. Если мы далее подробно рассмотрим все рецепты со словом «мандарин», то можем обнаружить, что в некоторых из них слово «кефгер» заменено на «зефир». Значит, один из потомков «мандарина» допустил новый огрех и также передал его по наследству. Так продолжается до тех пор, пока мы на основании всех допущенных ошибок не вычислим полное генеалогическое древо участников эксперимента и не поймем, кто, что, где, когда, у кого и как списывал с ошибками.

Именно это и собирался делать Карл Вёзе – только без туристов и клейких листочков. Чтобы заглянуть в прошлое, ему нужен был только фрагмент генетической информации (рецепт ванильного кекса), который можно встретить в любом живом существе и который с очень большим трудом изменяется при копировании. Как найти такую информацию? Это было совсем не просто, поскольку в то время биологи еще только расшифровывали генетический код. Наши знания о генах и их последовательности были весьма ограниченными.

Но не только эволюция может похвастать своим прошлым. Сам Карл Вёзе на протяжении многих лет до этого занимался рибосомами – теми самыми «машинами», которые изготавливают в клетках новые белки. Эти «машины» состоят из белков и фрагментов РНК – рРНК, которые необходимы для правильного функционирования рибосом. Они требуются всем живым существам на планете. А поскольку рРНК так универсальны и важны для выживания, Вёзе был уверен, что они не подвержены быстрым случайным мутациям. Это, разумеется, не значит, что с ними ничего не может случиться. Просто очень мала вероятность того, что произойдут настолько полезные (или даже нейтральные) изменения, которые смогут сохраниться для передачи по наследству. Это то же самое, что угадать шесть цифр в «Спортлото». Шанс составляет примерно 1 к 15 миллионам. Главный выигрыш с ходу крайне маловероятен, но если играть несколько миллионов лет подряд, то время от времени вы будете возвращаться из банка с полной тачкой денег. Именно так Вёзе представлял себе ситуацию с рРНК: она должна меняться постоянно, но очень медленно, что даст возможность заглянуть далеко в прошлое.

Итак, план был ясен: расшифровать рРНК как можно у большего количества живых организмов, сравнить последовательности оснований и, исходя из выявленных ошибок, вычислить, кто от кого происходит.

Можно ли предположить, что Вёзе глубоко вздохнул, приняв это решение? Скорее всего, да, потому что ему предстояла не просто крайне сложная, но и чертовски нудная работа. И не было никого, кто владел бы соответствующими методами осуществления такого гигантского проекта. Вёзе мог надеяться только на себя.

Он отправился к себе в лабораторию, поставил пластинку с джазовой записью и с головой ушел в работу. Прежде чем Вёзе расшифровал первую последовательность, прошел год. Для него это был огромный шаг, а человечество лишь едва заметно пожало плечами. Вряд ли хоть кто-то в мире интересовался тем, что он делает. Ни коллеги, ни руководство университета не могли понять, что заставляет Вёзе посвящать все свое время этому абсурдному проекту. От него трудно было ожидать сенсаций, не говоря уже о практической пользе. Но Вёзе не сдавался.

Вскоре в лаборатории штабелями стояли коробки с рентгеновскими снимками. В них были результаты анализов – россыпь черных точек, разобраться в которых не мог никто, кроме него. Для Вёзе они были частями головоломки, которую надо было сложить в одно целое. Он с огромным трудом одолевал одну последовательность за другой. Так проходили месяцы и годы. Через десять лет были проанализированы рРНК примерно двух десятков различных живых существ. По сравнению с огромным количеством их видов это была мелочь, не заслуживающая внимания. Тем временем Вёзе исполнилось 47 лет, а он еще не опубликовал никаких результатов, не выступил ни с одним докладом ни на совещаниях, ни на конференциях. Большинство ученых игнорировали его работу, а те, кто знал его лично, отзывались о нем как о странном чудаке и беспочвенном мечтателе.

Но в 1967 году его посетила добрая фея. Она предстала в облике коллеги Ральфа Уолфа, который работал с метаногенными бактериями в одном из кабинетов поблизости. Эти организмы во многом отличаются от своих сородичей, так как производят метан, не переносят кислород и проживают в местах, далеких от привычных туристических троп, – в очистных сооружениях городской канализации и в коровьем кишечнике. Уолф попросил изучить рРНК этих маленьких вонючек, и Вёзе согласился. Полученные результаты были уникальны. Он повторил эксперимент, но итог оказался таким же. Что бы это могло значить? И тут к нему пришло просветление. Судя по ощущениям, свет исходил не от обычной лампочки, а от прожектора на 500 ватт.